“海市蜃楼”何以一正一倒
武汉市新洲区第三中学：陶东红“海市蜃楼”是一种在沙漠和海洋中常见的自然景观，新教材阅读材料中有详细介绍，学生在学习过程中提出这样的问题：沙漠中的海市蜃楼和海洋中的海市蜃楼均是由于光的全反射引起的，为什么其所成像会一正一倒呢
这一问题引起了不少同学的费解，如何解释这一问题
笔者在教学过程中曾走过一些弯路，就此谈一些看法，以见教于大方
教材中对沙漠中的海市蜃楼作出这样的解释：由于沙粒的比热小，被阳光照射后靠近沙漠的温度高，而越往上层则温度越低，从而造成下层空气密度小，而越往上层密度越大，这样远处的物体反射出的光线从高处向下传播时就会出现全反射现象，从而观察者观察到倒立的虚像
其插图如图 1 所示
而对海面上的海市蜃楼作出这样的解释：海水的比热大，因而离海面越近，温度越低，这样物体反射的光线向远处传播时会发生全反射现象，从而会看到物体所成的正立的虚像
其插图如图 2 所示
为什么都是全反射，而现象却相反呢
一开始我对学生作出这样的解释：沙漠上的像是倒立的，这一点学生容易理解，有点类似于水中的倒影，反射后所成像和物对称，故为倒立的虚像
而在海面上的像，是由于光的折射所致，光经折射后成虚像，如在水中看岸上成像，所成为正立虚像
作出这样的类比之后学生似乎理解，而我却一直百思不解，海面上的海市蜃楼到底是全反射还是折射所致
都是全反射却为何一正一倒
对此，我并没有进一步深入研究，直到一天一位学生拿出一本以前的旧教材（甲种本），再次提出这一问题
学生的专研精神让我感动了，我觉得应该下决心解开这一迷团
既然都是全反射成像，我便从反射成像这一角度去进一步研究
翻开《光学教程》我查找有关球面镜成像规律，忽有所悟
沙漠中的海市蜃楼其光线是由高向低传播，由图示可以看出，其成像规律类似于凹面镜成像（如图 3 所示）
而沙漠中的海市蜃楼其光线传播规律则类似于凸面镜成像（如图 4
